Chalmers University of Technology

Hur ser vägen ut till ett klimatneutralt energisystem år 2050?

Filip JohnssonInstitutionen för Energi och Miljö

filip.johnsson@chalmers.se

Elfack 2013, 2013-05-14

Pathways to SustainableEuropean Energy Systems

Chalmers University of Technology

• Vi behöver samtliga tekniker och åtgärder– Alla måste kompromissa

Hur ser vägen ut…

Chalmers University of Technology

• Vi behöver samtliga tekniker och åtgärder– Alla måste kompromissa

• Det måste till en kostnad att släppa ut koldioxid (och andra klimatgaser)– Riktade styrmedel räcker inte

Hur ser vägen ut…

Chalmers University of Technology

• Vi behöver samtliga tekniker och åtgärder– Alla måste kompromissa

• Det måste till en kostnad att släppa ut koldioxid (och andra klimatgaser)– Riktade styrmedel räcker inte

• De stora mängderna av fossila bränslen måste hanteras– Lämna kolet i backen eller tillämpa CCS

Hur ser vägen ut…

Chalmers University of Technology

• Vi behöver samtliga tekniker och åtgärder– Alla måste kompromissa

• Det måste till en kostnad att släppa ut koldioxid (och andra klimatgaser)– Riktade styrmedel räcker inte

• De stora mängderna av fossila bränslen måste hanteras– Lämna kolet i backen eller tillämpa CCS

• Stora mängder intermittent kraft måste integreras– Ger både möjligheter och utmaningar

Hur ser vägen ut…

Chalmers University of Technology

Existerande energiinfrastruktur viktig del fram till 2050

Chalmers University of Technology

• Två utvecklingsvägar för Europas elproduktion– OBS! Ej prognoser över framtiden.

EU27 + Norway - Policy

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Ele

ctric

ity g

ener

atio

n [T

Wh]

Year

Hydro

Nuclear

Lignite

Hard coal

Gas

biomass & wasteNew Wind

New Gas

Hydro replacements

Lignite CCS

Nuclear reinvestments

Wind

New BiomassHard coal CCS

Coal-Bio CCS cofire

Lig-bio CCS cofire

PV

Gas CCS

New Others

New Others

(cf. Energy Roadmap 2050 “High Energy Efficiency”–scenario)40% CO2 reduction by 2020 & 99% by 2050 relative 1990

Existing power p

lants

Odenberger et al., 2012

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Ele

ctric

ity g

ener

atio

n [T

Wh]

Year

Hydro

Nuclear

Lignite

Hard coal

Gas

biomass & waste

New Wind

New Gas

Hydro replacements

Lignite CCS

Nuclear reinvestments

Wind

New Biomass

Hard coal CCS

Coal-Bio CCS cofire

Lig-bio CCS cofire

PV

Gas CCS

New Others

EU 27 + Norway - Market(cf. Energy Roadmap 2050 “Reference high GDP” & “Diversified Supply Technologies” –scenarios)30% CO2 reduction by 2020 & 93% by 2050 relative 1990

Existing power p

lants

Odenberger et al., 2012

Chalmers University of Technology

Storskalig integration av intermittent kraft (speciellt vindkraft)– möjligheter och utmaningar

Supply Demand

0

5

10

15

20

25

30

1st Jan 1st April 1st July 1st Oct 31st Dec

GWh/

hour

Load

Variable generation

Regulated/DispatchableTransmission

Balance

Trade

Stor

age

Stor

age

DSM

Chalmers University of Technology

Viktigt med lokalisering till bra vindlägen• Avvägning mellan

lokalisering för max vindproduktion och investering i överföringskapacitet

• Möjlighet till nordisk export av grön el– Motiv?– Vem skal betala?– Nationell eller internationell

allokering för bästa vindlägen? – Balanskraft– Lokaliseringsfrågor, NIMBY,

….

3060

740

600

1200

1300/1700

5200/2300

2500/2150

1600

950/1500

3330

4600

600

900

550/800

100

1600/1200

13507000

700

600

460/390

PLNL

700

C

ES

RU

[MW]

Chalmers University of Technology

- Ökning av utnyttjningstiden (”Capacity factor”) från 20 till 30% kan motivera investering i överföringskapacitet från Skandinavien till Tyskland- Allokering av vindkraft till Sverige och Norge kräver mindre investering i nät än allokering till Danmark och Tyskland. I Sverige och Norge kan vindvariationer balanseras lokalt (med vattenkraft) vilket reducerar variationer i exporterad kraft

Vår analys visar

-10

0

10

20

30

40

50

60

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

TWh

- Low EUA prices- No additional policy instruments- Low availability in non-renew(or phase-out)

- Very high EUA prices- Common EU renewable support- New non-renewable capacity- Declining demand

- Higher EUA prices- Renewable electricity targets

Including new interconnectors

Only existing interconnectors

Vägen för Sverige och Norden beror på omvärlden(exempel Norden – potential för stor elexport)

NEPP, 2012Export/Import to continental Europe (Exchange with Russia not included)

Chalmers University of Technology

Energiinfrastrukturen inkluderar den globala bränsleinfrastrukturen

Coal, oil and gas

Carbon budget 2007-2050 for a 2 target (25% probability)1

Fossil reserves + 30% of resource base

209 GtC

4600 GtC

760 GtC Fossil reserves

1 Meinshausen M., 2009. “Greenhouse gas emission targets for limiting global warming to 2°C”. Letters to Nature Vol 458, April 30, 2009

Chalmers University of Technology

Vi bidrar till andras koldioxidutsläpp

Chalmers University of Technology

CO2 Capture, Transport & Storage (CCS)

Chalmers University of Technology

Långa ledtider i utvecklingExempel: Oxyfuel för CCS

Chalmers 100kW research plant

Vattenfall 30MW pilot plant

Jänschwalde 250 MW demonstration plant

Commercial plant

2010 2015 2020

Chalmers University of Technology

Example of CCS infrastructure analysis(on-going work together with EU-JRC)

Kjärstad et al., 2012

Policy scenario, onshore storage NOT allowed. Black and brown circles illustrate coal and lignite CCS plants, blue and red oil and gas fields and green aquifers. Collection pipelines are shown as blue dotted lines while distribution pipelines are shown as red. Black lines are bulk pipelines. Only reservoirs utilized for storage are shown.

Chalmers University of Technology

0

100

200

300

400

500

600

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

MtC

O2/y

ear

Cement

Iron and steel

Refineries

Industry - BAU

Industry - Cap

State of the art emission reduction technologies not sufficient to meet the reduction targets by 2050 CCS is required

Key industries (EU27)

Rootzén and Johnsson, 2012

Chalmers University of Technology

Chalmers University of Technology

Sammanfattningsvis• Problemet: Det finns för mycket fossila bränslen, ur ett

klimatperspektiv• Tekniker och Åtgärder - stora möjligheter: Vi behöver

samtliga fram till 2050• Storskalig integration av förnybar el

– Ger både utmaningar och möjligheter– Norden som grön exportör

• Utan CCS: Snabbt komma till stånd global överenskommelse att fasa ut alla fossila bränslen – osannolikt!

• Styrmedel: Det måste till en kostnad att släppa ut koldioxid (och andra klimatgaser)